分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果分析

余卓平　王竑博　熊璐　冷搏（同濟(jì)大學(xué)新能源汽車(chē)工程中心，上海201804）

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分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果分析

余卓平王竑博熊璐冷搏
（同濟(jì)大學(xué)新能源汽車(chē)工程中心，上海201804）

【摘要】基于分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)防滑控制算法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用Trucksim和Matlab/simulink聯(lián)合仿真模型，針對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)兩種常見(jiàn)車(chē)輪載荷變化情況，從整車(chē)層面進(jìn)行了多工況仿真分析。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)防滑控制算法對(duì)輪荷變化具有較強(qiáng)的魯棒性，在車(chē)輛質(zhì)量及質(zhì)心位置有較大變化時(shí)依然具有良好的縱向驅(qū)動(dòng)特性、側(cè)向穩(wěn)定性和舒適性。

主題詞:電動(dòng)客車(chē)分布式驅(qū)動(dòng)防滑控制評(píng)價(jià)

1　前言

相比于傳統(tǒng)汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)具有可獲得信息多、電機(jī)響應(yīng)速度快、可控性好、便于實(shí)現(xiàn)高效的驅(qū)動(dòng)防滑控制等優(yōu)勢(shì)[1～3]。相關(guān)研究人員針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑控制問(wèn)題進(jìn)行了研究，如，文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一個(gè)四輪滑模滑移率控制器，該控制器可有效跟蹤目標(biāo)滑移率；文獻(xiàn)[5]、[6]針對(duì)車(chē)輛滑移率跟蹤問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)了滑模控制器和滑移率控制器；文獻(xiàn)[7]改進(jìn)了用于輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)牽引控制中最優(yōu)滑移率辨識(shí)的滑模變結(jié)構(gòu)優(yōu)化器。目前這些研究結(jié)果均在小型乘用車(chē)上進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，但小型乘用車(chē)質(zhì)量及質(zhì)心位置變化較小，而對(duì)于城市大客車(chē)而言，驅(qū)動(dòng)防滑控制效果并未得到充分的仿真驗(yàn)證。

為此，基于分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)設(shè)計(jì)了一套驅(qū)動(dòng)防滑控制算法，提出了用于評(píng)價(jià)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，并基于大型車(chē)輛建模軟件Trucksim與Simu?link的聯(lián)合仿真，在多種工況下仿真分析了分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果。

2　仿真平臺(tái)介紹

基于軟件Trucksim建立了兩軸分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)車(chē)輛模型，如圖1所示，整車(chē)參數(shù)如表1所列。基于軟件Simulink建立了驅(qū)動(dòng)防滑控制算法模型及電機(jī)模型，電機(jī)外特性如圖2所示，電機(jī)峰值功率為77 kW，峰值轉(zhuǎn)矩為215 N·m，額定轉(zhuǎn)速為3 700 r/min。

圖1　兩軸分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)車(chē)輛模型示意

3　驅(qū)動(dòng)防滑控制策略

與普通分布式驅(qū)動(dòng)轎車(chē)相比，分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)具有如下特點(diǎn)：

a.質(zhì)心位置高，加速行駛時(shí)前、后軸載荷變化大；

b.隨乘客數(shù)量的變化，整車(chē)質(zhì)量變化大且質(zhì)心位置不定；

c.因沒(méi)有較多的保護(hù)措施，考慮到乘客的安全，客車(chē)起步時(shí)油門(mén)不會(huì)過(guò)大，出現(xiàn)打滑的情況不會(huì)過(guò)于極端。

因分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)具有上述特點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)防滑控制算法時(shí)需考慮以下兩點(diǎn)：

a.由于整車(chē)質(zhì)量和質(zhì)心位置的變化都將導(dǎo)致輪荷劇烈變化，所以驅(qū)動(dòng)防滑控制策略需要具有較強(qiáng)的輪荷變化魯棒性；

b.以電機(jī)為執(zhí)行器的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)，其起步運(yùn)行平穩(wěn)即為電機(jī)力矩變化平緩，所以在算法介入后，電機(jī)力矩的切換或變化不應(yīng)劇烈，以避免抖振現(xiàn)象的出現(xiàn)。

基于上述考慮，設(shè)計(jì)了基于滑模變結(jié)構(gòu)改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)防滑控制算法，以改善電動(dòng)客車(chē)起步的平順性。滑模變結(jié)構(gòu)控制能夠增加系統(tǒng)對(duì)建模不確定性和外部擾動(dòng)的抗干擾能力，具有較強(qiáng)的魯棒性。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)防滑控制算法包含上、下兩層，上層為魯邦滑?？刂破?，下層為介入判別模塊。

3.1魯邦滑?？刂破?/p>

魯邦滑?？刂破鞑捎每狗e分飽和控制策略，以消除靜態(tài)誤差，改善瞬態(tài)響應(yīng)。同時(shí)重新定義了到滑模面的距離，引入積分反饋?lái)?xiàng)控制，以保證系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)所確定的滑動(dòng)模態(tài)漸進(jìn)穩(wěn)定并具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。對(duì)于魯邦滑?？刂破鞯目刂谱兞浚褂幂喫倏刂拼?zhèn)鹘y(tǒng)的滑移率控制，避免了在車(chē)速傳感器信號(hào)誤差和電機(jī)延遲情況下，尤其在低速階段造成的系統(tǒng)抖振。根據(jù)參考輪速與實(shí)際輪速誤差、路面名義附著系數(shù)，分別設(shè)計(jì)了等效控制力矩和切換力矩，對(duì)車(chē)輪動(dòng)態(tài)進(jìn)行控制。對(duì)于魯邦滑?？刂破鬏敵龆饲袚Q力矩切換函數(shù)的設(shè)計(jì)，采用飽和函數(shù)sat（s）替代了傳統(tǒng)的符號(hào)函數(shù)sgn（s），保證了力矩切換平穩(wěn)，同時(shí)設(shè)計(jì)了邊界層厚度，以削弱抖振現(xiàn)象。魯棒滑?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)如圖3所示，包括抗積分飽和控制、等效控制力矩和切換控制力矩。

表1整車(chē)參數(shù)

圖2　電機(jī)外特性曲線

圖3　魯邦滑?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)

3.1.1抗積分飽和控制算法

抗積分飽和控制的目的是實(shí)現(xiàn)輪速的誤差控制，消除實(shí)際輪速與目標(biāo)輪速的靜態(tài)誤差，改善車(chē)輪的瞬態(tài)響應(yīng)，其設(shè)計(jì)過(guò)程如下。

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)力矩均可以通過(guò)單個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，并且能通過(guò)電機(jī)傳感器準(zhǔn)確獲取車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)。因?yàn)楦鬈?chē)輪之間電機(jī)力矩的輸出不會(huì)相互干擾，故基于單輪模型來(lái)設(shè)計(jì)魯邦滑?？刂破鳌?/p>

二自由度單輪車(chē)輛模型可描述為：

式中，F(xiàn)x為作用在車(chē)輪的縱向力；Iw為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Tm為電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩；R為車(chē)輪滾動(dòng)半徑。

驅(qū)動(dòng)時(shí)車(chē)輪滑移率λ可表示為：

滑移率的一階導(dǎo)數(shù)為：

為消除車(chē)速信號(hào)誤差的影響，對(duì)驅(qū)動(dòng)工況下的控制變量滑移率作如下變換：

則車(chē)輪滑移率的一階導(dǎo)數(shù)可以表示為[8]:

抗積分飽和控制的目標(biāo)是使得系統(tǒng)控制變量x跟蹤一個(gè)目標(biāo)值xr，且收斂至零。假設(shè)xr變化的足夠慢，即r≈0，則有誤差動(dòng)態(tài)為：

定義到滑模面的距離為:

式中，k0、θ為正常數(shù)；ρ的初值滿(mǎn)足|| ρ(0)≤θ/k0。

抗飽和積分項(xiàng)ρ的引入有效地抑制了執(zhí)行器的過(guò)度飽和，在邊界層外(S＞θ)時(shí)，滑模切換力矩控制可使系統(tǒng)狀態(tài)向滑模面上收斂；在邊界層內(nèi)(S≤θ)時(shí)，控制方法類(lèi)似于比例積分控制。

3.1.2等效控制力矩設(shè)計(jì)

等效控制的目的是使系統(tǒng)狀態(tài)可以盡快沿著滑模面運(yùn)動(dòng)。

滑?？刂坡蕿閇12]：

等效控制力矩設(shè)計(jì)為：

式中，μm為路面名義模型下對(duì)應(yīng)的峰值附著系數(shù)；Fz為輪荷；r為車(chē)輪半徑。

等效控制力矩取決于系統(tǒng)名義模型fm(x)下的縱向驅(qū)動(dòng)力矩，由于實(shí)際車(chē)輛的縱向力無(wú)法獲得，在此只能采用路面名義模型來(lái)估計(jì)縱向力。此處相當(dāng)于對(duì)控制系統(tǒng)引入了一個(gè)前饋?lái)?xiàng)，之所以可以用縱向力估計(jì)值代替真實(shí)值，原因是滑?？刂茖?duì)未知干擾具有很強(qiáng)的魯棒性，能夠有效地克服系統(tǒng)模型誤差帶來(lái)的影響。

3.1.3切換控制力矩設(shè)計(jì)

切換控制力矩設(shè)計(jì)目的是克服等效控制力矩中由于模型不確定性引起的模型誤差，從而保證整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

切換控制力矩設(shè)計(jì)為[12]：

考慮到路面模型帶來(lái)的誤差，若路面名義附著系數(shù)誤差上界為Fzr，系統(tǒng)模型誤差上界為，則系統(tǒng)誤差上界為：

3.2介入判別模塊

介入判別模塊可根據(jù)當(dāng)前車(chē)輪滑移率誤差，以及控制分配需求力矩、驅(qū)動(dòng)防滑控制力矩做出仲裁，判斷當(dāng)前輸出力矩為控制分配需求力矩或驅(qū)動(dòng)防滑控制力矩。

4　驅(qū)動(dòng)防滑控制評(píng)價(jià)指標(biāo)

驅(qū)動(dòng)防滑控制效果評(píng)價(jià)指標(biāo)包括平均縱向加速度、附著系數(shù)利用率、調(diào)整時(shí)間、電機(jī)轉(zhuǎn)矩方差、平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角方差、橫擺角速度峰值、質(zhì)心側(cè)偏角峰值等。

a.平均縱向加速度aˉx用來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的縱向驅(qū)動(dòng)特性的優(yōu)劣，其值越大，縱向驅(qū)動(dòng)特性越好，其計(jì)算式為：

式中，axi為各時(shí)刻縱向加速度瞬時(shí)值；aˉx為縱向加速度平均值。

b.附著系數(shù)利用率ε用來(lái)評(píng)價(jià)縱向驅(qū)動(dòng)特性的優(yōu)劣，一般情況下，其值越大，輪胎磨損越輕，計(jì)算式為：

式中，F(xiàn)x為整車(chē)縱向驅(qū)動(dòng)力；G為車(chē)輛質(zhì)量；Z為縱向加速因子；g為重力加速度，這里取9.8 m/s2；μ為當(dāng)前路面附著系數(shù)。

c.調(diào)整時(shí)間ts用來(lái)表征算法收斂的速度，其值越大，收斂速度越高，控制越迅速，效果越好。此處用穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到允許范圍所需時(shí)間來(lái)表示，定義允許范圍為最終收斂滑移率穩(wěn)態(tài)值±10%。

d.電機(jī)轉(zhuǎn)矩方差Tv用來(lái)表征電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的大小，其值越大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越嚴(yán)重，舒適性越差，對(duì)電機(jī)損害越大，控制效果越差，其計(jì)算式為：

式中，Tn為各時(shí)刻電機(jī)力矩實(shí)際值；Tˉ為電機(jī)力矩平均值；Tv為電機(jī)力矩方差。

e.平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角δˉ用來(lái)表征在駕駛過(guò)程中駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的平均幅度，其值越大，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)幅度越大，操作強(qiáng)度越大，其計(jì)算式為：

式中，δk為各時(shí)刻轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角實(shí)際值；δˉ為轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角平均值。

f.轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角方差δv用來(lái)表示駕駛過(guò)程中轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的波動(dòng)程度，其值越大，駕駛員左、右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的幅度越大，其計(jì)算式為：

g.橫擺角速度峰值|γmax|表示在行駛過(guò)程中橫擺角速度相對(duì)于初始值的波動(dòng)峰值，此處初始值為0。橫擺角速度峰值越大，表示車(chē)輛甩尾越嚴(yán)重，方向穩(wěn)定性越差。

h.質(zhì)心側(cè)偏角峰值|βmax|表示在行駛過(guò)程中橫擺角速度相對(duì)于初始值的波動(dòng)峰值，此處初始值為0。質(zhì)心側(cè)偏角峰值越大，表明發(fā)生側(cè)滑的危險(xiǎn)性越大。

5　仿真分析

基于Trucksim/Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái)，分別針對(duì)整車(chē)質(zhì)量和整車(chē)質(zhì)心位置分別發(fā)生變化的情況，對(duì)該分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果進(jìn)行仿真分析和評(píng)價(jià)。

5.1定質(zhì)心變質(zhì)量試驗(yàn)

在質(zhì)心位置不變（半載狀態(tài)下質(zhì)心位置）、實(shí)際整車(chē)質(zhì)量發(fā)生變化的情況下，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)防滑控制算法時(shí)，默認(rèn)車(chē)輛質(zhì)量為半載質(zhì)量（10 000 kg），質(zhì)心至前軸距離為3.106 m，至后軸距離為1.384 m。通過(guò)車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速、車(chē)輛對(duì)接路面全油門(mén)起步加速、車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速等3種工況對(duì)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

5.1.1車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)

該工況下，路面峰值附著系數(shù)為0.2，最佳滑移率為0.05，初始車(chē)速為0.36 km/h，油門(mén)開(kāi)度為1。仿真結(jié)果如圖4和表2所示。圖4中，wce和woce分別表示有、無(wú)防滑控制時(shí)，車(chē)輛處于空載狀態(tài)下的仿真效果；wch和woch分別表示有、無(wú)控制時(shí)，車(chē)輛處于半載狀態(tài)下的仿真效果；wcf和wocf分別表示有、無(wú)控制時(shí)，車(chē)輛處于滿(mǎn)載狀態(tài)下的仿真效果；

由圖3可看出，在空載、半載和滿(mǎn)載3種情況下，當(dāng)無(wú)防滑控制時(shí)，起步時(shí)車(chē)輪的滑移率達(dá)到了0.9，輪胎磨損嚴(yán)重，電機(jī)輸出力矩也由于車(chē)輪轉(zhuǎn)速的迅速增加而減小，驅(qū)動(dòng)效率降低；當(dāng)有防滑控制時(shí)，車(chē)輪滑移率均被控制在最優(yōu)滑移率0.05處，電機(jī)力矩也得到了有效控制，隨車(chē)輛質(zhì)重的不斷增加電機(jī)力矩有所增加。總體來(lái)看，相比于無(wú)防滑控制，有防滑控制時(shí)縱向加速度有所增加，且力矩響應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)抖振。

圖4　車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)結(jié)果（整車(chē)質(zhì)量變化）

表2車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速仿真分析結(jié)果（整車(chē)質(zhì)量變化）

從表2可知，當(dāng)有防滑控制時(shí)，在空載、半載、滿(mǎn)載3種狀態(tài)下縱向加速度分別比無(wú)防滑控制時(shí)提高了37.4%、28.4%和9.6%，改善了車(chē)輛縱向驅(qū)動(dòng)性能，且均能在0.35 s內(nèi)控制至最優(yōu)滑移率，收斂速度快。而且在3種狀態(tài)下，電機(jī)力矩波動(dòng)比無(wú)防滑控制時(shí)小很多，提高了乘坐舒適性，降低了對(duì)電機(jī)的損害。因此，在此工況下，即使整車(chē)質(zhì)量有所變化，依然具有良好的防滑控制效果。

5.1.2車(chē)輛對(duì)接路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)

此工況下，車(chē)輛在高附著路面起步，油門(mén)開(kāi)度為1，初始車(chē)速為3.6 km/h，路面峰值附著系數(shù)為0.8，行駛2 s后進(jìn)入低附著路面，路面峰值附著系數(shù)為0.2。設(shè)全程最優(yōu)滑移率為0.1。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5　車(chē)輛對(duì)接路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)結(jié)果（整車(chē)質(zhì)量變化）

由圖5可看出，在空載、半載、滿(mǎn)載3種狀態(tài)下，車(chē)輛駛?cè)氲透街访婧?，在無(wú)防滑控制時(shí)，車(chē)輪打滑，輪胎磨損嚴(yán)重，且由于車(chē)輪迅速滑轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出力矩減小，降低了驅(qū)動(dòng)效率；當(dāng)有防滑控制時(shí)，滑移率均在0.2 s內(nèi)控制至最優(yōu)滑移率0.1處，電機(jī)力矩也得到有效控制，縱向驅(qū)動(dòng)效率提高，且力矩響應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)抖振。因此，在此工況下，即使車(chē)輛質(zhì)量有所變化，但依然具有良好的防滑控制效果。

5.1.3車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)

此工況下，油門(mén)開(kāi)度為1，初始車(chē)速為0.36 km/h，右側(cè)路面峰值附著系數(shù)為0.8，最優(yōu)滑移率為0.15，左側(cè)路面峰值附著系數(shù)為0.2，最優(yōu)滑移率為0.05。仿真結(jié)果如圖6和表3所示。

由圖5可看出，在車(chē)輛處于空載、半載、滿(mǎn)載3種狀態(tài)下，當(dāng)有防滑控制時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角的幅值和波動(dòng)程度均比無(wú)防滑控制時(shí)低，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了側(cè)向穩(wěn)定性。

由表3可知，與無(wú)防滑控制相比，有防滑控制時(shí)，最大橫擺角速度在空載、半載和滿(mǎn)載狀態(tài)下分別降低了64%、33.3%和33.3%，最大質(zhì)心側(cè)偏角分別降低了93.8%、47.4%和40%，改善了側(cè)向穩(wěn)定性。平均轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角及其方差在空載狀態(tài)下分別降低了84.4%和99.2%，在半載狀態(tài)下分別降低了57.2%和81.4%，滿(mǎn)載狀態(tài)下分別降低了54%和62.1%，減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，在此工況下，即使車(chē)輛質(zhì)量有所變化，但依然具有良好的防滑控制效果。

圖6　車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)結(jié)果（整車(chē)質(zhì)量變化）

表3車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)分析結(jié)果（整車(chē)質(zhì)量變化）

5.2定質(zhì)量變質(zhì)心試驗(yàn)

在整車(chē)質(zhì)量不變、質(zhì)心位置變化的情況下，通過(guò)車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速、車(chē)輛對(duì)接路面全油門(mén)起步加速、車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速等3種工況對(duì)驅(qū)動(dòng)防滑控制效果進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

5.2.1車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)

此工況條件與整車(chē)質(zhì)量變化時(shí)的工況條件相同，仿真結(jié)果如圖7和表4所示。圖中，wce=0.5和woce=0.5分別表示有、無(wú)防滑控制時(shí)，質(zhì)心位置向前偏移0.5 m時(shí)的仿真結(jié)果；wce=0和woce=0分別表示有、無(wú)防滑控制時(shí)，質(zhì)心位置無(wú)偏移時(shí)的仿真結(jié)果；wce=-0.5和woce=-0.5分別表示有、無(wú)防滑控制時(shí)，質(zhì)心位置向后偏移0.5 m時(shí)的仿真結(jié)果；wce=-1和woce=-1分別表示有、無(wú)防滑控制時(shí)，質(zhì)心位置向后偏移1 m時(shí)的仿真結(jié)果。

圖7　車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)心位置變化）

表4車(chē)輛低附著路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)分析結(jié)果（質(zhì)心位置變化）

由圖7可看出，在不同質(zhì)心位置下，當(dāng)無(wú)防滑控制時(shí)，起步時(shí)車(chē)輪滑移率達(dá)到了0.9，輪胎磨損嚴(yán)重，電機(jī)輸出力矩也由于車(chē)輪轉(zhuǎn)速的迅速升高而減小，驅(qū)動(dòng)效率降低；當(dāng)有防滑控制時(shí)，車(chē)輪滑移率均被控制至最優(yōu)滑移率0.05處，電機(jī)力矩也得到了有效控制。隨質(zhì)心從前至后的移動(dòng)，前軸軸荷降低，左前輪電機(jī)控制力矩逐漸降低?？傮w來(lái)看，相比于無(wú)防滑控制，有防滑控制時(shí)的縱向加速度有所增加，且力矩響應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)抖振。

由表4可知，在有防滑控制時(shí)，質(zhì)心向前偏移1 m和0.5 m時(shí)，縱向加速度分別比無(wú)防滑控制時(shí)提高38.8% 和15.4%；質(zhì)心無(wú)偏移時(shí)，縱向加速度提高28.4%；質(zhì)心向后偏移0.5 m和1 m時(shí)，縱向加速度分別提高19.8%和3.6%，且均能在短時(shí)間內(nèi)控制至最優(yōu)滑移率，收斂速度快。而且在質(zhì)心位置變化的情況下，電機(jī)力矩波動(dòng)相比無(wú)防滑控制時(shí)小很多，提高了乘坐舒適性，降低了對(duì)電機(jī)的損害。因此，在此工況下，即使質(zhì)心位置有變化，依然具有良好的縱向驅(qū)動(dòng)效率和舒適性。

5.2.2車(chē)輛對(duì)接路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)

此工況條件與整車(chē)質(zhì)量變化時(shí)的工況條件相同，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8　車(chē)輛對(duì)接路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)心位置變化）

由圖8可看出，在不同質(zhì)心位置下，車(chē)輛駛?cè)氲透街访婧?，?dāng)無(wú)防滑控制時(shí)，車(chē)輪打滑，輪胎磨損嚴(yán)重，且由于車(chē)輪迅速滑轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出力矩減小，驅(qū)動(dòng)效率降低；在有防滑控制時(shí)，在0.2 s內(nèi)滑移率均控制至最優(yōu)滑移率0.1處，電機(jī)力矩也得到有效控制，提高了縱向驅(qū)動(dòng)效率，且力矩響應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)抖振。因此，在此工況下，即使質(zhì)心位置有所變化，但依然具有良好的控制效果。

5.2.3車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)

此工況條件與整車(chē)質(zhì)量變化時(shí)的工況條件相同，仿真結(jié)果如圖9和表5所示。

圖9　車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)結(jié)果（質(zhì)心位置變化）

由圖9可看出，在不同質(zhì)心位置下，相比于無(wú)防滑控制，有防滑控制時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角的幅值和波動(dòng)程度均較低，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了側(cè)向穩(wěn)定性。

由表5可知，相比于無(wú)防滑控制，有防滑控制時(shí)的橫擺角速度及質(zhì)心側(cè)偏角峰值略小，側(cè)向穩(wěn)定性有所改善。且有防滑控制時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角平均值及其方差也有所改善，在質(zhì)心位置向前偏移1 m時(shí)，分別降低了74.1%和70.5%，質(zhì)心向前偏移0.5 m時(shí)，分別降低了67.2%和78.4%，質(zhì)心無(wú)偏移時(shí)，分別降低了57.2%和81.4%；質(zhì)心向后偏移0.5 m時(shí)，分別降低了83.5%和9.5%，質(zhì)心向后偏移1 m時(shí)，分別降低了83.8%和98.6%。因此，在此工況下，即使質(zhì)心位置有所變化，但依然具有良好的控制效果。

表5車(chē)輛對(duì)開(kāi)路面全油門(mén)起步加速仿真試驗(yàn)分析結(jié)果（質(zhì)心位置變化）

6　結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)質(zhì)量和質(zhì)心位置變化較大的特點(diǎn)，提出了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)防滑控制算法，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套用于評(píng)價(jià)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑控制算法的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的工況對(duì)該算法進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明，在分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)客車(chē)質(zhì)心位置及質(zhì)量變化較大的情況下，該控制算法能夠迅速控制滑移率至最優(yōu)滑移率處，且在控制過(guò)程中電機(jī)響應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)抖振。

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（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2015年10月10日。

Analysis of ASR Control Effect on Distributed Drive Electric Bus

Yu Zhuoping,Wang Hongbo,Xiong Lu,Leng Bo
（Clean Energy Automotive Engineering Center,Tongji University,Shanghai 201804）

【Abstract】The Acceleration Slip Regulation(ASR)control algorithm and evaluation index are designed based on distributed drive electric bus.Vehicle multiple load conditions simulation analysis is made regarding two common wheel load changes of distributed drive electric bus by the joint simulation model of Trucksim and Matlab/Simulink.The results show that this control algorithm has good robustness to the wheel load change,and has good longitudinal driving characteristic,lateral stability and comfort even the vehicle mass and mass center position change dramatically.

Key words:Electric bus,Distributed drive,Acceleration slip regulation control,Evaluation

中圖分類(lèi)號(hào):U463.54

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1000-3703（2016）03-0018-07